在全球能源结构加速调整、绿色低碳转型持续深化的背景下,如何降低制氢环节对淡水与土地资源的依赖、提升可再生能源就地消纳能力,成为推动绿氢产业迈向规模化应用的关键课题。
近期,东方电气与谢和平院士团队组成的联合研发团队在海水无淡化原位直接电解制氢方向取得阶段性进展:新型分体结构110标方/小时海水直接电解制氢设备系统完成长时运行验证,累计运行时长超过1000小时,标志着相关技术向工程化、产业化迈出实质性一步。
问题:传统绿氢制取路径对淡水与能耗约束较强。
现阶段主流电解水制氢多以纯水或高品质水为原料,海水资源虽丰富,但因盐分与杂质带来的腐蚀、结垢、副反应等问题,往往需要先进行淡化与深度净化,再进入电解环节。
这一路径在海岛、沿海与远海场景面临显著成本与运维压力:淡化与输水不仅增加能耗和设备投入,也拉长系统链条、降低整体可靠性,制约“可再生能源—制氢—储运”一体化的就地部署。
原因:海水直接电解的难点集中在电化学反应选择性与系统工程稳定性。
海水中氯离子等成分可能诱发副反应,影响氢气产率与设备寿命;海洋环境又对密封、防腐、维护方式提出更高要求。
要实现“无淡化、原位、连续稳定运行”,既需要在电解效率、传质控制、材料与结构设计等方面实现协同突破,也需要通过工程化验证来证明在真实负荷与长期工况下的可靠性。
影响:长时稳定运行与快速规模放大释放出产业化信号。
据介绍,联合团队在2023年5月于福建兴化湾海域完成“东福一号”海上风电耦合海水无淡化原位直接电解制氢海试,验证了海上场景的可行性;随后推进工程放大研发。
2024年7月完成10标方/小时系统样机研制并通过240小时连续运行测试;2024年9月110标方/小时系统建成并实现阶段性稳定运行。
在此基础上,团队持续开展整体系统及核心组件迭代优化与上机验证,最终实现累计超1000小时运行。
16个月实现系统规模百倍放大,表明该路线在模块化扩展、系统集成与运维逻辑上具备工程可复制性,为沿海工业园区、海岛供能、海上风电制氢等应用场景提供了更具想象空间的技术选项。
对策:以分体式模块化工程方案提升部署能力与运维效率。
此次验证的系统采用分体结构与高集成度模块化设计,强调结构紧凑、可移动、可适配多场景应用,并配套可视化监控,实现运行状态实时跟踪与调控。
在工程化层面,分体式模块有利于降低单点故障影响范围,提升海上或偏远地区的维护便利性;通过对关键环节如高效电解、低能耗传质、模块集成等持续创新,团队逐步构建覆盖“理论—技术—工程”的自主研发体系,为后续形成工业级产品与标准化交付奠定基础。
前景:海洋绿氢有望成为可再生能源消纳与远海开发的新支点,但仍需跨越规模化应用的综合门槛。
业内分析认为,海水无淡化直接电解制氢若能在更长周期、更复杂海况与更大规模装置上保持稳定性,并在能效、材料寿命、安全与氢气品质等指标上持续优化,将有望显著缩短“海水资源—制氢—利用”的链条,降低综合成本与系统复杂度。
下一阶段,围绕海上风电等波动性电源的适配控制、核心部件耐久性验证、工程化标准体系以及与储运用端协同等方面的工作,将决定其从示范走向商业化的速度与质量。
东方电气方面表示,将加速推进完全自主核心技术迭代与工业级产品开发。
从实验室走向深蓝海域,从概念验证迈向工程应用,我国科研团队以自主创新破解世界性技术难题,为全球绿色能源发展提供了新的可能。
这一突破再次表明,坚持科技自立自强、勇闯技术无人区,是我国实现能源安全和绿色转型的必由之路。
随着相关技术的持续成熟和产业化进程加速,取之不尽的海水有望成为清洁氢能的重要来源,助力人类迈向更加可持续的能源未来。